(57)【要約】【課題】シール部材の長寿命化を図ることで、装置の分解を不要とし、作業者による労力、時間及びコストを減らすことができ、また、動力源の無駄なエネルギーの消費を抑制することができる技術を提供すること。【解決手段】シール部材１０は、外周側に設けられた外周側Ｏリング１１と、内周側に設けられた内周側Ｏリング１２と、これらの間に接続され、これら外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２の相対位置を変位させることが可能な板バネ１３とを有する。シール部材１０より上側の領域が減圧され真空状態になると、シール部材１０より下側の領域の大気圧によりシール部材１０が上方へ押される。これにより、内周側Ｏリング１２はフランジ３ａの下面へ押し付けられる。シール機構１００の使用によって、内周側Ｏリング１２が磨耗しても、内周側Ｏリング１２が差圧力を受けるので、回転軸３のフランジ３ａへの接触力を維持することができる。【選択図】図１
2012008155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に支持された回転軸と、
前記ハウジングに接触した第１のシール部と、
前記回転軸に接触した第２のシール部と、
前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続され、前記ハウジング内の差圧によりシール力を維持するように、前記第１及び前記第２のシール部の相対位置を変位させる板バネと
を具備するシール機構。
【請求項２】
請求項１に記載のシール機構であって、
前記板バネは、前記差圧を発生させるために前記ハウジング内の領域を仕切るように、前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続されている
シール機構。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシール機構であって、
前記板バネは、径方向で高さが変わる段差部を有する
シール機構。
【請求項４】
請求項１または２に記載のシール機構であって、
前記板バネは、蛇腹形状を有している
シール機構。
【請求項５】
請求項１から４のうちいずれか１項に記載のシール機構であって、
前記ハウジングは、前記第１のシール部が嵌め込まれる内周溝を有し、
前記回転軸は、前記第２のシール部が接触するフランジを有する
シール機構。
【請求項６】
ハウジングと、
前記ハウジングに回転可能に支持された回転軸と、
前記ハウジングに接触した第１のシール部と、
前記回転軸に接触した第２のシール部と、
前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続され、前記ハウジング内の差圧によりシール力を維持するように、前記第１及び前記第２のシール部の相対位置を変位させる板バネと、
前記回転軸に接続され、被搬送物を搬送するアーム機構と
を具備する搬送装置。
【請求項７】
第１のシール部と、
前記第１のシール部より内周側に設けられた第２のシール部と、
前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続された板バネと
を具備するシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば回転軸に適用されるシール装置、これを備えたシール機構及び搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空チャンバ等の気密な環境を維持するチャンバ内に設けられた機械や部品等を回転させる装置は、その回転軸部分にシール機能を備えている。【０００３】
特許文献１に記載の真空シールユニットでは、気密室に設けられた作業テーブルに回転軸が接続され、その回転軸はＯリングをそれぞれ備えた複数のスリーブにより回転可能に支持される。このような機構により回転軸を回転可能としつつ気密室内が気密に保たれる（例えば、特許文献１の明細書段落[００２４]、図１参照）。【０００４】
特許文献２に記載の真空シール機構は、回転軸に適用されるシール機構ではないが、真空装置の管、ポンプ、弁等を互いに連結するときに継手として用いられるフランジにＯリングが設けられた構造が開示されている。例えばそれらのフランジ同士はボルトにより接続されて固定される（例えば、特許文献２の明細書段落[０００２]、図３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８１９６号公報
【特許文献２】特開平５−３０６７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような真空シールユニットでは、その回転軸とＯリング等のシール部材とが接触しているため、真空シールユニットの継続使用によりシール部材が磨耗し、緊迫力が低下する。こうしたシール部材の磨耗による劣化を防ぐため、定期的にシール部材の交換が必要になり、そのたびに装置を部品ごとに分解しなければならない。したがって、作業者による労力及び時間が必要であり、そのコストも必要である。また、高真空で用いられるシール部材は高価であるためコストがさらに増大する。【０００７】
また、このようにシール部材がある程度磨耗してもシール性能を発揮できるように、予め、シール部材を介しての回転軸とシール部材との接触力を高めておく方法もある。しかしながら、この場合、摺動抵抗が高くなり、例えば回転軸を回転させる動力源の動力を、予め高めに設定しておかなければならない。したがってこの場合、無駄なエネルギー及びコストがかかる。【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、シール部材の長寿命化を図ることで、装置の分解を不要とし、作業者による労力、時間及びコストを減らすことができ、また、動力源の無駄なエネルギーの消費を抑制することができるシール機構及びこれを備えた搬送装置を提供することにある。【０００９】
本発明の別の目的は、差圧力を受けやすくすることで高いシール性能を発揮することができるシール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るシール機構は、ハウジングと、回転軸と、第１のシール部と、第２のシール部と、板バネとを有する。  
前記回転軸は、前記ハウジングに回転可能に支持されている。  
前記第１のシール部は、前記ハウジングに接触している。  
前記第２のシール部は、前記回転軸に接触している。  
前記板バネは、前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続され、前記ハウジング内の差圧によりシール力を維持するように、前記第１及び前記第２のシール部の相対位置を変位させる。【００１１】
本発明に係る搬送装置は、上記したシール機構と、前記回転軸に接続され、被搬送物を搬送するアーム機構とを具備する。【００１２】
本発明に係るシール装置は、第１のシール部と、第２のシール部と、板バネとを具備する。  
第２のシール部は、前記第１のシール部より内周側に設けられている。  
前記板バネは、前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によれば、シール部材の長寿命化を図ることで、装置の分解を不要とし、作業者による労力、時間及びコストを減らすことができ、また、動力源の無駄なエネルギーの消費を抑制することができる。さらに、シール部材に差圧力を受けやすくすることで高いシール性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示したシール機構のシール部材を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一形態に係るシール機構は、ハウジングと、回転軸と、第１のシール部と、第２のシール部と、板バネとを有する。  
前記回転軸は、前記ハウジングに回転可能に支持されている。  
前記第１のシール部は、前記ハウジングに接触している。  
前記第２のシール部は、前記回転軸に接触している。  
前記板バネは、前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続され、前記ハウジング内の差圧によりシール力を維持するように、前記第１及び前記第２のシール部の相対位置を変位させる。
【００１６】
本発明では、第１、第２のシール部及び板バネを含むシール部材のシール機能により発生するハウジング内の差圧によって、板バネが弾性変形する。したがって、シール機構の使用によって第１または第２のシール部が磨耗しても、第１または第２のシール部がハウジング内で圧力が小さい方へ移動して、ハウジングまたは回転軸への接触力を維持することができる。すなわち、シール部材によるシール力を適切に維持することができる。
【００１７】
これにより、シール部材の寿命が延び、シール性能が低下するたびに作業者が装置を分解してシール部材を交換する必要がなくなる。したがって、作業者による労力、時間及びコストを減らすことができる。また、第１または第２のシール部と、ハウジングまたは回転軸との接触力を適切に保つことができるので、従来のように予めその接触力を高く設定する必要もなくなる。これにより、動力源の動力を予め高めに設定しておく必要がなくなり、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。
【００１８】
前記板バネは、前記差圧を発生させるために前記ハウジング内の領域を仕切るように、前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続されていてもよい。板バネは、ハウジング内の領域を仕切るように設けられ、ハウジング内での差圧を発生させるための要素の１つとして機能する。板バネのように、第１及び第２のシール部を接続する部分が板状に形成されることにより、板バネは差圧力を受けやすくなり、簡単な構成で高いシール性能を実現することができる。
【００１９】
前記板バネは、径方向で高さが変わる段差部を有してもよい。これにより、板バネが平面形状の場合に比べて板バネのバネ特性を変えることができる。したがって、回転軸及びハウジングのサイズ、形状及び配置の設計、あるいは、板バネの材質、サイズ等の設計に応じて適切なバネ特性を実現することができる。
【００２０】
前記板バネは、蛇腹形状を有してもよい。本形態も上記と同様に板バネが平面形状の場合に比べて板バネのバネ特性を変えることができる。特に、板バネが蛇腹形状を有していることにより、第１及び第２のシール部が離接する方向にもバネの作用が生じ、上記のように回転軸及びハウジングの設計に応じて適切なバネ特性を実現することができる。
【００２１】
前記ハウジングは、前記第１のシール部が嵌め込まれる内周溝を有し、前記回転軸は、前記第２のシール部が接触するフランジを有してもよい。本形態では、第１のシール部が内周溝に嵌め込まれているため、ハウジング及びシール部材はほぼ一体的となり、これらハウジング及びシール部材に対して回転軸が回転する構造となる。
【００２２】
本発明の一形態に係る搬送装置は、上記したシール機構と、前記回転軸に接続され、被搬送物を搬送するアーム機構とを具備する。
【００２３】
本発明の一形態に係るシール装置は、第１のシール部と、第２のシール部と、板バネとを具備する。  
第２のシール部は、前記第１のシール部より内周側に設けられている。  
前記板バネは、前記第１のシール部及び前記第２のシール部の間に接続されている。
【００２４】
本形態では、第１のシール部と第２のシール部とを接続する部材が、板バネのように板状に形成されることにより、板バネは差圧力を受けやすくなり、簡単な構成で高いシール性能を発揮することができる。
【００２５】
このシール装置は、差圧力を利用して第１または第２のシール部の他部材への接触力を維持する機構に適用可能である。あるいは、このシール装置は、板バネのバネ力を利用して第１または第２のシール部の他部材への接触力を維持する機構にも適用可能である。あるいは、これら両方の組合せの機構にもこのシール装置を適用可能である。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。以下の説明では、回転軸方向を上下方向として説明する。
【００２８】
シール機構１００は、円筒状のハウジング２と、このハウジング２内に設けられた回転軸３と、ハウジング２の上部に装着されたカバー８とを備えている。ハウジング２の内周面には、回転軸３を支持する軸受４が取り付けられており、ハウジング２は軸受４を介して回転軸３を回転可能に支持する。
【００２９】
カバー８は、中央部に設けられた貫通穴８ａを有し、この貫通穴８ａを介して回転軸３の一部がハウジング２の外部へ露出している。カバー８とハウジング２とは複数のボルト５により固定されている。なお、回転軸３は中空構造であってもよい。
【００３０】
ハウジング２の内周面と、回転軸３の外周面との間にはシール部材１０（シール装置）が配置されている。図２は、このシール部材１０を示す斜視図である。シール部材１０は、外周側に設けられた外周側Ｏリング１１（第１のシール部）と、内周側に設けられた内周側Ｏリング１２（第２のシール部）と、これらの間に接続され、これら外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２の相対位置を変位させることが可能な板バネ１３とを有する。外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２は、これら外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２の、回転軸方向におけるほぼ中央位置で板バネ１３にそれぞれ接続されている。また、外周側Ｏリング１１、板バネ１３及び内周側Ｏリング１２が水平方向にそって一直線状に配置されている。
【００３１】
外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２のそれぞれの断面の直径は同じサイズとされているが、これらは異なるサイズであってもよい。
【００３２】
ハウジング２の内周面にはその周方向に沿って内周溝２ａが形成され、回転軸３にはフランジ３ａが形成されている。ハウジング２の内周溝２ａには外周側Ｏリング１１がほぼ固定されるように嵌め込まれ、回転軸３のフランジ３ａの下面には内周側Ｏリング１２が接触している。内周溝２ａ及び外周側Ｏリング１１間の摩擦力と、フランジ３ａ及び内周側Ｏリング１２の摩擦力とを比べると、前者の方が摩擦力が大きい。これは、両者の接触面積の違いによるものである。
【００３３】
このようなシール部材１０及びシール機構の構造により、図１中、シール部材１０の上部と下部とで気圧の異なる２つの領域がハウジング２内にそれぞれ形成可能となる。特に、板バネ１３によってハウジング２内の領域が上下に物理的に仕切られる。例えば、シール部材１０より上側の領域が真空領域となり、下側の領域が大気圧の領域となる。
【００３４】
しかしながら、分けられる２つの領域がそれぞれ気体の領域である場合に限られず、例えば気体の領域と液体の領域とがシール部材１０によって分けられてもよい。
【００３５】
外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２の材料はゴムであり、例えばシリコンゴム、ニトリルゴム、またはフッ素ゴムなどが用いられるが、これらに限られない。外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２の材料が異なっていてもよい。
【００３６】
板バネ１３の材料は、典型的には金属であるが、樹脂またはゴムであってもよい。板バネ１３が金属である場合、その材料はアルミニウム、ステンレス（例えばSUS304）等である。板バネ１３がバネの作用を発揮するように、その材料によってその厚さが適宜設計される。
【００３７】
このシール部材１０は、例えばアウトサート成形、または焼付けにより製造することができる。
【００３８】
アウトサート成形の場合、外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２を金型で作る時に、予め板バネ１３がその金型に入れられ、その金型にゴム材料が流し込まれることにより、これら３つの部品が結合される。
【００３９】
焼付けの場合、板バネ１３を熱し、熱した板バネ１３を外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２に押し付けることで、これらのＯリング１１及び１２を溶かす。これにより３つの部品が結合される。
【００４０】
なお、板バネ１３がゴムの場合、外周側Ｏリング１１、内周側Ｏリング１２及び板バネ１３のすべてを同じ材料で一体成形により１つの金型で製造することができる。
【００４１】
回転軸３の下部には図示しない動力源としてモータが接続されている。モータは、図示しない回転伝達機構を介して回転軸３の下部に接続される場合もある。回転伝達機構としては、ベルト及びプーリ、あるいはギア等の公知の機構が用いられる。
【００４２】
以上のように構成されたシール機構１００は、被搬送物を搬送する搬送装置、その他の処理装置に応用される。搬送装置は、例えば半導体デバイス、液晶デバイス、太陽電池デバイス等の製造設備で用いられる、図示しない公知のアーム機構を有する基板搬送装置である。この場合、回転軸３の上部の真空領域で回転軸３にアーム機構が接続され、回転軸３はアームの肩部の回転軸として利用される。
【００４３】
シール機構１００が、上記のその他の処理装置に適用される場合、上記各種デバイスの製造工程の塗布液の塗布工程において用いられるスピンコータ等に適用され得る。スピンコータに限られず、例えば処理された基板を検査する検査装置にもシール機構が適用され得る。
【００４４】
以上のように構成されたシール機構１００では、図１においてシール部材１０より上側の領域が減圧され真空状態になると、シール部材１０より下側の領域の大気圧によりシール部材１０が上方へ押される。これにより、実質的に自由端である内周側Ｏリング１２はフランジ３ａの下面へ押し付けられる。板バネ１３自身も、ハウジング２内の上下の領域を仕切っているので、ハウジング２内で差圧を発生させる機能を発揮している。
【００４５】
この板バネ１３のように、外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２を接続する部分が板状に形成されることにより、板バネ１３はその差圧力を受けやすくなり、簡単なシール部材１０の構成で高いシール性能を実現することができる。
【００４６】
上述したように外周側Ｏリング１１及び内周溝２ａの接触面積と、内周側Ｏリング１２及びフランジ３ａの接触面積の違いによって、ハウジング２及びシール部材１０がほぼ一体的となり、これらに対して回転軸３が回転する。
【００４７】
所定の期間のシール機構１００の使用により、内周側Ｏリング１２が磨耗する。しかしながら本実施形態では、その磨耗を補償するようにハウジング２内の差圧によって板バネ１３が弾性変形し、内周側Ｏリング１２がフランジ３ａに接触することで、シール力が維持される。
【００４８】
以上のように、シール機構１００の使用によって、内周側Ｏリング１２が磨耗しても、内周側Ｏリング１２が、ハウジング２内の領域のうち圧力が小さい方へ移動して、回転軸３のフランジ３ａへの接触力を維持することができる。すなわち、シール部材１０によるシール力を適切に維持することができる。
【００４９】
これにより、シール部材１０の寿命が延び、シール性能が低下するたびに作業者が装置を分解してシール部材１０を交換する必要がなくなる。したがって、作業者による労力、時間及びコストを減らすことができる。また、内周側Ｏリング１２と回転軸３のフランジ３ａとの接触力を適切に保つことができるので、従来のように予めその接触力を高く設定する必要もなくなる。これにより、動力源の動力を予め高めに設定しておく必要がなくなり、無駄なエネルギーの消費を抑えることができる。
【００５０】
[第２の実施形態]
図３は、本発明の第２の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係るシール機構１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５１】
このシール機構２００に設けられたシール部材２０の板バネ２３は径方向で高さが変わる段差部２３ａを有する。この例では、シール部材１０は、内周側Ｏリング１２が外周側Ｏリング１１より下方に位置するように、ハウジング２及び回転軸３の間に設置されている。
【００５２】
これにより、第１の実施形態に係るシール部材１０に比べて、板バネ２３のバネ特性を変えることができる。したがって、回転軸３及びハウジング２のサイズ、形状及び配置の設計、あるいは、板バネ１３の材質、サイズ等の設計に応じて適切なバネ特性を実現することができる。
【００５３】
図３に示す実施形態とは逆に、外周側Ｏリング１１が、内周側Ｏリング１２より下方に位置するように、シール部材２０がハウジング２及び回転軸３の間に設置されてもよい。この場合、シール部材２０が上下を逆にして配置され、また、回転軸３の高さ位置が適宜変えて配置されればよい。
【００５４】
[第３の実施形態]
図４は、本発明の第３の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。このシール機構３００のシール部材１０の板バネ３３は、蛇腹形状を有している。このような実施形態でも、上記と同様に、板バネ３３のバネ特性を変えることができる。
【００５５】
特に、板バネ３３が蛇腹形状を有していることにより、外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２が離接する方向、すなわち水平方向にもバネの作用が生じ、回転軸３及びハウジング２の設計に応じて適切なバネ特性を実現することができる。
【００５６】
図４では、板バネ３３の蛇腹形状として、断面で見て板バネ３３の外形が直線状のものを例に挙げたが、それが曲線状のものであってもよい。
【００５７】
[第４の実施形態]
図５は、本発明の第４の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。本実施形態に係るシール機構４００の回転軸６の外周面には、周方向に沿って外周溝６ａが形成されている。この外周溝６ａ内に、シール部材１０の内周側Ｏリング１２が配置されている。このシール部材１０は、図２に示したシール部材１０と同様のものである。
【００５８】
本実施形態では、内周側Ｏリング１２及び回転軸６の外周溝６ａ間の摩擦力が、外周側Ｏリング１１及びハウジング２の内周溝２ａ間の摩擦力より小さい設定されている。具体的には、内周側Ｏリング１２の外周溝６ａへの接触面積が、外周側Ｏリング１１の内周溝２ａへの接触面積より小さくされている。
【００５９】
本実施形態に係るシール機構４００によれば、内周側Ｏリング１２が外周溝６ａ内に配置されることにより、シール部材１０のシール機構への設置時の安定性が増す。
【００６０】
[第５の実施形態]
図６は、本発明の第５の実施形態に係るシール機構を示す断面図である。本実施形態に係るシール機構５００では、図３に示したシール部材２０が上下逆に配置され、さらに、予めシール部材２０の板バネ２３にバネ力を持たせるようにして設置されている。これにより予め板バネ２３のバネ力を生じさせた状態とすることができるので、ハウジング２内で差圧が生じたときには、このバネ力に差圧力がさらに加えられた力が内周側Ｏリング１２に与えられる。この場合、内周側Ｏリング１２のフランジ３ａへの接触力を大きく設定することができる。
【００６１】
[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
【００６２】
上記実施形態に係るシール部材１０の外周側のシール部は、Ｏリングに限られず、例えば断面がＸ形状を有するＸリングであってもよい。あるいは、外周側のシール部は、平面で見て、円形のものに限られず、楕円形、多角形、あるいは、曲線及び直線の組合せの形状でもよい。
【００６３】
上記各実施形態に係るシール部材の外周側Ｏリング１１及び内周側Ｏリング１２は、それぞれの断面の直径は実質的に同じとされたが、異なっていてもよい。
【００６４】
上記各実施形態では、外周側Ｏリング１１及び内周溝２ａ間の摩擦力が、内周側Ｏリング１２及びフランジ３ａ（または外周溝６ａ）間の摩擦力より大きく設定された形態を示した。しかし、それが逆であってもよい。例えば、この場合、回転軸に外周溝が設けられ、この外周溝に内周側Ｏリング１２が実質的に固定される状態で嵌め込まれ、外周側Ｏリング１１がハウジングの内周側に形成されたフランジの下面に接触する。この場合、そのハウジングのフランジに対して、回転軸及び内周側Ｏリング１２が一体的に回転する。
【００６５】
図６に示した実施形態では、図３に示したシール部材２０が予めバネ力を持つように設置された例を示したが、その他のシール部材１０または３０が予めバネ力を持つように設置されてもよい。
【００６６】
上記各実施形態に係るシール部材１０、２０、３０が、同軸の複数の回転軸を持つシール機構に適用されてもよい。例えば同軸２軸の回転軸を有するシール機構の場合、図１等に示したハウジング２が第２の回転軸となり、その外側に形成されたフランジと、図示しない最も外側に設けられたハウジングの内周溝との間に第２のシール部材が配置される。第２の回転軸は、その最も外側のハウジングに軸受を介して回転可能に支持される。
【符号の説明】
【００６７】
２…ハウジング
３、６…回転軸
１０、２０、３０…シール部材
１１…外周側Ｏリング
１２…内周側Ｏリング
１３、２３、３３…板バネ
２３ａ…段差部
１００、２００、３００、４００、５００…シール機構
【図１】
2012008155.tif 000003
【図３】
2012008155.tif 000004
【図４】
2012008155.tif 000005
【図５】
2012008155.tif 000006
【図６】
2012008155.tif 000007
【図２】
2012008155.tif 000008
【国際調査報告】
2012008155.tif 000009
2012008155.tif 000010
2012008155.tif 000011
2012008155.tif 000012
2012008155.tif 000013
2012008155.tif 000014